第十二章气体动力循环(作业)
热工基础第12章气体动力循环

冲程 四冲程 (进气,压缩,燃烧膨胀,排气) 二冲程 (进气-压缩-燃烧膨胀,排气)
四冲程柴油机的工作过程
内燃机的整个工作过程存在着诸多不可逆因 素,因此实际内燃机的工作循环是不可逆的。
P
0-1:吸气过程。由于阀门的阻力,吸入
3 4 气缸内空气的压力略低于大气压力。
1-2:压缩过程
2
2-3-4-5:燃烧和膨胀
混合加热循环
内燃机按加热方式 定容加热循环
定压加热循环 (一) 混合加热循环
特征参数:
p3
4
压缩比:压缩前的比体积与
压缩后的比体积之 2
比,它是表征内燃
5
v1 机工作体积大小的
1
v2 结构参数。
0
v
混和加热理想循环
定容升压比:
p
定容加热后的压力与加热前
3
的压力之比,它表示内燃机
2
定容燃烧情况的特性参数。
第一节 活塞式内燃机的理想循环
内燃机一般都是活塞式
Hale Waihona Puke 活塞式内燃机的分类:(特或点称是往用复燃式烧)的的产,物其作共为同工
使用燃料
煤气机 质推动活塞作功,燃料的燃
烧过程以及工质的膨胀和压
汽油机 缩都在同一个带活塞的气缸
柴油机
中进行,再由连杆带动曲轴 转动。
点火方式 点燃式 (汽油机、煤气机)
压燃式 (柴油机)
1 T1 T2
1
1
1
定容加热理想循环
定容加热理想循环的热效率:
t
1
1
1
混合加热理想循环的热效率:t
1
1[(
1 1) (
气体动力循环课程

循环热效率分析:
定温膨胀过程3-4中工质从外部 燃烧系统得到的热量为
q1
RgTmax
ln
v4 v3
定温压缩过程1-2中工质向冷却介质放出的热量为
q2
RgTmin
ln
v1 v2
热效率
t 1
q2 q1
1
RgTmin RgTmax
ln ln
v1 v2 v4 v3
利用循环中各状态间的参数关系,可以得到
w0 cV 0T1{ 1[( 1) ( 1)] ( 1)} p1v1 { 1[( 1) ( 1)] ( 1)} 1
可见: , , w0 。
二、定容加热循环和定压加热循环
①定容加热循环(奥图循环)
特点:ρ=1,为混合加热循环的一个特例,将ρ=1代入混合加 热循环的热效率及循环净功的表达式,即分别有
9-1 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热循环(萨巴特循环)
实际循环: 0-1 进气过程 1-2 压缩过程 2-3-4 燃烧过程 4-5 膨胀(作功)过程 5-1 自由排气过程+强制 排气过程
理想化: 1. 热力过程的理想化
①进气过程→0-1定压线 ②压缩过程→1-2定熵压缩 ③燃烧过程→2-3定容加热+3-4定压加热(外热源加热) ④膨胀过程→4-5定熵膨胀 ⑤排气过程→5-1定容放热+1-0定压线
工作过程: 喷气式发动机以一定飞行速度前进时,空气以相同速度进入。高 速气流在前端扩压管1中降速升压后进入压气机2,经绝热压缩进一 步升压。压缩空气在燃烧室3中和喷入的燃料一起进行定压燃烧。 产生的高温燃气先在燃气轮机4中绝热膨胀产生轴功用于带动压气 机,然后进入尾部喷管5中,在其中继续膨胀获得高速,最后从尾 部喷向大气。 喷气式发动机重量轻、体积小、功率大,其功率随本身运动速度 提高而增大,特别适合用做航空发动机。
分析气体动力循环方法

10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8
分析动力循环的一般方法 活塞式内燃机实际循环的简化 活塞式内燃机的理想循环 活塞式内燃机各种理想循环的比较 斯特林循环 埃里克森循环 燃气轮机装置循环 燃气轮机装置的定压加热实际循环
课件目录
本章作业
10-1 分析动力循环的一般方法
(10-2)
当两个相同尺寸发动机比较时,MEP大的比MEP小的可 产生更多净输出功。
10-3 活塞式内燃机的理想循环
一、混合加热理想循环(Sabathe循环)
v1
p 3
4
T
4
v2
3
v4
2
v3
2 5
5
p3
p2
11
o
vo
s
图10-4 混合加热理想循环的p-v图和T-s图
混合加热循环的热效率为:
解: 由已知条件:p1 = 0.17 MPa,T1 = 333.15 K
点1:
v1
R gT1 p1
0.562
m3 / kg
点2:
v2
v1
0.0387
m 3 / kg
1 – 2 是定熵过程,有
p2
p
1
(
v v
1 2
)
p1
7.18
kPa
T2
p2v2 Rg
968
K
点3:p3 = 10.3 MPa,v3 = v2 = 0.038 7 m3/kg
1
O
V
图10-2 定压燃烧柴油机示功图
2 +
工程热力学-09 气体动力循环

气体动力循环
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
吉恒松
混和加热循环 活塞式内燃机 定容加热循环
定压加热循环
燃气轮机装置
定压加热燃气轮机循环 回热循环 采用多级压缩中间冷却的回热循环
目的
按照循环过程性质,确定参数间的关系 写出循环热效率关系式 分析参数变化对循环热效率的影响
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
T2
T1
(
v1 v2
) k 1
T1 k1
T3
T2
p3 p2
T2
T1 k1
T4
T3
v4 v3
T3
T1 k1
T5
T4
(
v4 v5
)k 1
T4
(
v3 v1
)k 1
T4
(
)k
1
T1 k
t
1
1
k 1
(
k 1 1) k(
3 Ws
汽轮机 4
燃气轮机装置示意图
闭式燃气轮机装置示意图
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
13
一、定压加热燃气轮机循环
2
1、循环的四个过程
①可逆绝热压缩过程1-2 (压气机) 压气机 ②可逆定压加热过程2-3 (燃烧室) ③可逆绝热膨胀过程3-4 (燃气轮机)1 ④可逆定压放热过程4-1 (大气中) 空气
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
20
1)
能源与动力工程学院 新能源科学与工程系
5
t
1
1
k 1
(
气体动力循环

§10–4 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较
一.压缩比相同,吸热量相同时的比较
q1v q1m q1 p
q2 v q2 m q2 p
得 T5 T1
把T2、T3、T4和T5代入
1 t 1 1 1 1
讨论:
a) t
b) t
c) t
v1 二、定压加热理想循环 —Diesel cycle v2 v1 v3 v2 v2
二. 实际工作循环的抽象与简化
简化原则为:
(1)不计吸气和排气过程,将内燃机的工作过程看作是 气缸内工 质进行状态变化的封闭循环。 (2)把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程,
并认为2-3是定容加热过程,3-4是定压加热过程。
(3)略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量 交换,近似地认为是绝热过程。
——不可逆过程中实际作功量和循环加热量之比。
§10–2 活塞式内燃机实际循环的简化
分类: 按燃料:煤气机(gas engine)
汽油机(gasoline engine; petrol engine)
柴油机(diesel engine) 按点火方式:点燃式(spark ignition engine) 压燃式(compression ignition engine) 按冲程:二冲程(two-stroke ) 四冲程(four-stroke )
气体而增大。
三.定容加热理想循环—Otto cycle
v1 v2
p3 p2
热效率
q1 cV T3 T2
v1 v2
q2 cV T4 T1
工程热力学思考题及答案(A)

工程热力学思考题及答案第 一 章 基本概念与定义1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式e b p p p += )(b p p >,v b p p p -= )(b p p <中,当地大气压是否必定是环境大气压? 答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么? 答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。
《气体动力循环》课件

3
卡诺循环定理
热机工作最高效率与温度之间的关系可以通过卡诺循环来表达。
涡轮机
单级涡轮机
利用单一的轮盘(旋转的部件)和静子(静止 的部件)转换压缩气流为动能或反之。这种设 计可用于航空发动机、小型电站和低效率发动 机。
多级涡轮机
使用多个轮盘和静子提高效率,但需要更多的 空间和重量,和更昂贵的制造成本。
气体动力循环
本课程将介绍气体动力循环及其设计过程。我们会深入探讨现代热力学与涡 轮机技术之间的相互作用,同时讨论若干案例研究。
热力学定律
1
热力学第一定律
能量守恒定律。它表明,在任何一个系统中,能量不能被创造或消失,只是在转化的过程中 产生能量交换。
2
热力学第二定律
热量只能从高温区流向低温区,这种现象被称为热量的不可逆性。
热交换器
热交换器帮助将空气和热能传输到另一个容器中, 在各种情况下提高了效率和性能。
气体动力循环的性能与措施
1 热力系统的性能分析
对气体动力循环的性能进行综合评估,考虑 功率、效率、节能和环境等因素。
2 节能措施
节能措施通常包括降低系统内能量损失、增 加能量利用效率和改进热交换性能等措施。
3 性能指标计算方法
不同类型的热力循环
卡诺循环
卡诺循环是工程中最重要的热力学概念之一,它是 一种完全可逆的热力学过程。
布雷顿循环
是一种常用的气体动力循环,广泛应用于燃气轮机、 航空发动机和工业应用。
斯特林循环
斯特林循环是另一种常用的气体动力循环,主要用 于制冷、加热和转换工作。
燃气轮机
1
工作原理
燃气轮机是通过将压气机所吸入的空气
提供实现气体动力循环的一些计算方法和公 式。
第十二章 气体动力循环(作业)

T
6
5 7
8 9
4
3
2 10 1 s
q2 131.9 t 1 1 0.5297 q1 280.5
此时热效率提高了。
热力学习题参考答案 [12-6]一内燃机混合加热循环,工质视为空气。已 知 p1 0.1MPa ,t1 50C, v1 v2 15 , p3 p2 1.8, v4 v3 1.3 比热容为定值。求此循环的吸热量及循环热效率。 解:
循环的最高温度kgkj273273004450041477755232kgkj224300523004kgkj109224333热力学习题参考答案3273333109kgkj777ln00459655844015584吸热平均温度及放热平均温度热力学习题参考答案124具有回热的燃气轮机装置采用两级压缩中间冷却和两级膨胀中间再热图127
T1 323K
T2 T1 1 323151.41 954.2K
T3 T2 954.2 1.8 17176K .
T4 T3 17176 1.3 22328K . .
q1 Cv T3 T2 C p T4 T3
0.7174 1717 6 954.2 1.004 2232 8 1717 6 1064 6kJ / kg . . . .
解: T1 363K ,T2 673K , T3 863K ,T5 573K
3 2
4
s15 s23 s34 T T T 1 s34 C p ln 3 s15 s23 Cv ln 5 Cv ln 3 T4 T1 T2 537 863 0.717ln 0.717ln 0.149kJ/kg K 363 673 T 0.149 T4 1.1599T3 1.1599 863 1001K ln 4 0.1484 T3 1.004
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T2 T1 1 323151.41 954.2K
T3 T2 954.2 1.8 1717 .6K
T4 T3 1717 .6 1.3 2232 .8K
q1 Cv T3 T2 C p T4 T3
0.7174 1717 .6 954.2 1.004 2232 .8 1717 .6 1064 .6kJ / kg
Cv T5 T1 T5 T1 q2 t 1 1 q1 Cv T3 T2 C p T4 T3 T3 T2 T4 T3 1 573 363 0.4520 863 673 1.4 1001 863
解:⑴循环的最高温度 p2 p1 4 已知 T1 273 27 300K ,
1.41 p2 T2 T1 300 4 1.4 445.8K p1 q 333 T3 1 T2 445.8 777.5K Cp 1.004 777.5 3 ⑵循环的净功量 T4 T 1.4 1 523.2 K 1 4 1.4
解:
1.41 p2 T4 T2 T1 300 2 1.4 365.7 K p1 T7 T6 T8 504.6 273 777.6K ,
1
,
T6 p6 p 7
1
777.5 2
1.4 1 1.4
t 1
1
1
1 1 1.8 1.31.4 1 1 1.41 0.6521 15 1 1 1.8 1 1.4 1.8 1.3 1
热力学习题参考答案
[12-7]一内燃机混合加热循环,已知t1=90℃, t2=400℃, t3=590 ℃, t5=300℃,如图12-9所示。工质视为空气,比热容为定值。求此循环 的热效率,并与同温度范围内卡诺循环热效率相比较(提示:根据各 过程的熵变化量,先求出t4) T
热力学习题参考答案
第十二章
气体动力循环
热力学习题参考答案
[12-1]燃气轮机装置的定压加热理想循环中,工质视为空气,进入压气机的温 度 t1 27C 、压力 p1 0.1MPa ,循环增压比 p2 p1 4 。在燃烧室中加入热 量q1 333kJ / kg,经绝热膨胀到 p4 0.1MPa ,设比热容为定值,试求:⑴循环的 最高温度;⑵循环的净功量;⑶循环的热效率;⑷吸热平均温度及放热平均温度。
,
q1 C p T6 T5 C p T8 T7
2C p T8 T7 2 1.004 777.5 623.8 280.5kJ / kg
q2 C p T10 T1 C p T2 T3 2C p T2 T3 2 1.004 365.8 300 131.9kJ / kg
q1 333 596.3K s23 0.5584
q2 224.1 401.1K s41 0.5584
T2 401.1 t 1 1 0.3273 T1 596.3
热力学习题参考答案
[12-4] 具有回热的燃气轮机装置采用两级压缩、中间冷却和两级膨胀、中间再热 (图12-7)。工质视为空气,经过每级燃气轮机和压气机的压力比为2。进入每 级压气机时温度 t1 t3 27C ,初压 p1 0.1MPa 。进入每级燃气轮机时温 度 t6 t8 504.6C ,膨胀终压为0.1MPa,求在极限回热情况下,该燃气轮机装置 理想循环的热效率,并与习题12-1的结果相比较。
t 1 s23 s4 C p lnT1
T2
w
109
1
1.4 1 1.4
1 4
1
1.4 1 1.4
0.3270
⑷吸热平均温度 T1 及放热平均温度 T2
T3 777.5 1.004ln 0.5584kJ / kg K T2 445.8
解: T1 363K ,T2 673K , T3 863K ,T5 573K
3
4
s15 s23 s34 T T T 1 s34 C p ln 3 s15 s23 Cv ln 5 Cv ln 3 T4 T1 T2 537 863 0.717ln 0.717ln 0.149kJ/kg K 363 673 T 0.149 T4 1.1599T3 1.1599 863 1001K ln 4 0.1484 T3 1.004
T
2
3 4
1
1 s
q2 C p T4 T1 1.004 523.2 300 224.0kJ / kg
w q1 q2 333 224 109kJ / kg
热力学习题参考答案 ⑶循环的热效率 t q 333 0.3273 1 或
T
6
5 7
8 9
4
3
2 10 1 s
q2 131.9 t 1 1 0.5297 q1 280.5
此时热效率提高了。
热力学习题参考答案 [12-6]一内燃机混合加热循环,工质视为空气。已 v4 v3 1.3 知 p1 0.1MPa ,t1 50C, v1 v2 15 , p3 p2 1.8, 比热容为定值。求此循环的吸热量及循环热效率。 解: